Способ получения белой сажи Советский патент 1984 года по МПК C01B33/18 

Изобретение относится к способам получения белой сажи, применяемой в качестве минерального наполнителя резиновой промьппленности.

Известен способ получения белой салси путем обработки кремнезема бифторидом аммония с последующей нейтрализацией раствора полученного кремне фторида аммиаком, отделением, промьшкой и сушкой осадка двуокиси кремния l .

Недостатками этого способа являются невысокий выход белой сажи по SiOn (порядка 55%) и низкая величина удельной поверхности /пе более 50 м2/г) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения белой сажи, состоящий в обработке неактивного кремнегеля смесью растворов фтористого аммония и сер. ной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промывкой и С5Шкой осадка двуокиси кремния . Однако для растворения кремнегеля используется сильная минеральная кислота НлЗО, поэтому образуется кислый кремнефторсодержащий раствор, при нейтрализации аммиаком которого осаждение белой санш идет в присутствии сульфатионов, значительно ухудшающих качество основного продукта.

Недостатками известного способа являются также невысокий выход конечного продукта по SiO,j(80%), использование дефицитной H2SOj, приводящей к образованию в качестве побочного продукта сульфата аммония, применение которого весьма ограничено.

Целью изобретения является повышение выхода белой сажи.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения белой сазкИл включающему обработку кремнегеля смесью растворов фторида аммо НИН и минеральной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиакомS отделением, промьшкой и осадка двуокиси кремния, в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводородную кислоту

Причем фторид аммония кремнефтористоводородную кислоту и кремнегель берут при массовом соотношении 5,05,5:0,18-0.,37sl,

Кроме того, используют раствор фторида аммония с концентрацией 1545 мас.%, а кремнефтористоводородную кислоту с концентрацией 10- , 5 18 мас.%.

Способ осуществляют следующим образом.

В смесь раствора фтористого аммония концентрацией 15-45 мас.% NH.F и кремнефтористоводородной кислоты концентрацией 10-18 мас.% вводят кремнегель, нагревают до 100-110 С и перемешивают до полного, растворения двуокиси кремния. Растворение крем5 негеля протекает по уравнениям.

) SiFg+4NK3 2H20

2H, + SiO,(NH4)2SiF6 + +2

Для более интенсивного удаления аммкака из реакционного объема рекомевДуют проводить процесс при остаточном давлении 0,1-0,05 МПА. После растворения кремнегеля раствор фильтруют , охлаждают до 40-50 С и обраба5 тывают аммиаком или аммиачной водой. Осадок белой сажи отделяют, промывают и сушат.

Проведение процесса разложения кремнегеля в присутствии любой дру гой минеральной кислоты, кроме кремнефтористоводородной, не позволяет достичь высокого выхода конечного продукта и его качества как наполнителя резин, поскольку присутствие

5 других кислых анионов во фтористом растворе отрицательно сказывается на свойствах белой сажи. Как с экономической точки зрения, так и сточки зрения экологии необходимым условием

0 для промьшшенной реализации данного процесса является полное использование всех маточных и промывных фторсодержащих растворов.

В случае использования какой-либо

5 минеральной кислоты, например , необходимо на каком-то этапе технологического цикла выводить сульфат аммония, которьш в силу высокой влагоемкости содержит (N114)2 SiFg, что

0 значительно снижает выход основного продукта.

Проведение процесса при соотношении исходных компонентов, отличном от указанного, не обеспечивает пол5 него растворения кремнегеля и приво дит к значительному разбавлению реакционных объемов. Использование раствора фторида аммония концентрацией выше 45 мае.% недопустимо и силу, ограниченной взаимной растворимости солей в системе . ШЦК - ( - И.О.Применение же более разбавленных растворов тоже, нежелательно,так как снижает скорость растворения кремнегеля. Концентрация H SiF обусловлена концентрацией получаемой в промьшшенности кислоты путем водной абсорбции отходящих фторсодержащих газов. Температурный и временный режимы растворения кремнегеля выбраны исходя из оптимальных условий перехода кремнегеля в раствор. Пример 1 .Во фторпластовом реакторе смешивают при комнатной темп ратуре 44,4 г кремнегеля состава, масЛ: 810222,51; А120з2,85; F 2,63; 72,01, 111 г 45%-ного раствора-. и 18 г 10%-ного , т,е, соотношение Si02: : H2SiFg 1:5:0,18. Полу ченную смесь нагревают в термостате до 100 С и вьщерживают при данной температуре, остаточном давлении 0,1 МПа и интенсивном перемешивании в течение 60 мин до полного растворения кремнегеля. Далее смесь отфильтровывают, отделяя примеси соединений алюминия, которые при этом образуют аммонийный криолит. В фильт рат вводят 100 г для охлаждения его до 50 С и разбавления во избежа ние потерь кремнефторида аммония, далее осаждают из полученного раствора 25-ной аммиачной водой белую сажу при рН 7,4-9,0. Аммиачную воду берут в количестве 54 г, т.е. при 1,2 избытке от стехиометрии. После охлаждения суспензию еще перемешиваю в течение 20 мин, затем фильтруют н воронке Бюхнера, осадок прямо на во ронке промьюают водой в количестве 600 г для отмывки его от соединений фтора. Полученный влажный осадок белой сажи высушивают при 120 С, получая 10,1 г конечного продукта состава, мас.%: Si02 89,5; F 0,14; AljO 0,1. Потери при прокаливании 10,26, удельная поверхность 150 MVr, концентрация поверхностных гидроксильных групп 9,18 мМ ОН/м . Выход готового продукта 98%. Пример 2. В герметичном фтор- пластовом реакторе, снабженном устройством для разрежения, смешивают 13,6 г кремнегеля состава, мас.%: Si02 73,1; 5,88; F.7,43; HjO 13,59, 367 г 15%-ного раствора NH4F и 12,9 г 14%-ного раствора H.SiFg , т.е. соотношение исходных реагентов по примеру 1. Полученную смесь в реакторе нагревают до 100 С и вьщерживают при данной температуре, остаточном давлении 0,05 МПа и интенсивном перемешивании в течение 1,5 ч , до полного растворения кремнегеля. Одновременно с растворением кремнегеля в газовую фазу вьщеляется аммиак и вода, при конденсации которых образуется аммиачная вода. Фильтрат охлаждают до 40 С и из него проводят осаждение белой сажи с помощью газообразного аммиака и аммиачной воды. Соотношение аммиачной воды и И гаэооер. равное 1:1, т.е. берут 27 г 25%-ного NH40H и 6,75 г . Далее работают по примеру 1. Получают 9,8 г осадка состава, мас.%: SiOj 91.4; F.0,09; AlgO 0,3. П.п.п 8,21, удельная поверхность 100 , концентрация поверхностных грщроксильных групп 8,6 мМ ОН/м . Выход готового продукта 95%. Примеры 3-9 приведены в таблице...

00

о

0

«

M

1Л

4,

ео

00

o

in

« «

t

ft

k

«

в

ON

г%

00

00

CO

CO

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛОЙ САЖИ, включающий обработку кремнегеля смесью растворов фторида аммония и минеральной кислоты с последующей нейтрализацией полученного кремнефторида аммиаком, отделением, промывкой и сушкой осадка двуокиси кремния, отл ичающийся тем, что, с : : целью повьшения выхода целевого про дукта, в качестве минеральной кислоты используют кремнефтористоводород ную кислоту. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что фторид аммония, кремнефтористоводородную кислоту и кремнегель берут при массовом соотношении 5,0-5,5:0,18-0,37:1. 3.Способ ПОП.1, о тлич ающ и и с я тем, что используют раствор фторида аммония концентрацией 15§ 45 мас.%, а кремнефтористоводород(Л ную кислоту - концентрацией 1018 мас.%. с

S g

s«еч

о«

-ю

- р

и

о о

- о - о

00

A

о

1Л

in

in -- о

о

о

ot

о о о

о

о еч

О

CV| г о

vO

oo

-a- СЧ d

QОч

«n

fN.Г.

vf

t

A

-ON00

ON

00

r

in

со -

«4 fO в

vO

«4

«Ч

k

о

о О

S to 2

in

ОЧ О

VIt

СЧ

О

M

«

о

о

о in

in

1-х

м

о

in

es

M

rl

m

ts

см

4 -

ш

«n r

ё

о о

о

in

о о

о о r 00

Fi

I и

Se

00 O

vO

7 11305268

Как видно из таблицы, предлагав-ход по сравнению с известным спосомым способом получают белую сажу сбомувеличивается на 15-18%.Кроме этого,

удельной поверхностью 100-270 м /г .ииспользование для растворения

концентрацией поверхностных сила-кремнегеля в,замеп серной кислоты

вольных групп 7,4-9,18 мМ ОН/м, что значительно упрощает процесс, посочень важно, поскольку при использо-кольку процессе полностью

вании белой сажи как наполнителяперерабатьшается на конечный продукт,

шинных резин прочность связи рези-а в известном способе использование HjSO

ны с кордом определяется именно на-влечет за собой образование побочного

личием на поверхности белой сажи ак-(1Ш4)23рф .выделение которого из фторидтивных rpynn Si - ОН. К тому же вы-ного раствора сложно ине эффективно.